基于移動手機數據的實時城市應急疏散仿真方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及城市應急疏散領域，特別是一種基于移動手機數據的實時城市應急疏散仿真方法及系統。
【背景技術】
[0002]應急疏散仿真系統主要是模擬在某種突發狀況下(自然災害或者人為災害)，大規模人群的疏散場景。它旨在模擬真實情況下的狀況，然后對各種不同狀況的發生進行預測，并據此提出合理疏散規劃，幫助降低災害發生后所產生的損失。這種方式與傳統的消防演習方式相比，可以減少人力財力損失，而且可以在更廣闊的區域上開展。
[0003]傳統的應急疏散涉及到的內容主要包括擁堵路段人員交通指引、救護車、應急物資的發放、疏散指示路牌、短信指引疏散等方法。
[0004]傳統的應急疏散方法存在諸多缺點:常用疏散仿真系統的輸入數據——人口分布數據，大都基于靜態的人口統計數據。該統計一般很長時間才進行一次，比如五年。但是，現代社會發展之快以及城市間人口流動之大，還有各種人為統計誤差，導致該統計數據一般與實際情況差別較大。此外，在現實中，人口的分布是一個動態的過程。早上的時候，白領上班、學生上學，直到晚上回來休息之前，他們還可能去另外一些地方參加娛樂活動。在這整個過程中，他們的位置信息都是變動的。災害發生時，他們極有可能不在自己的住宅內。所以，如果僅僅只是把靜態的人口統計數據作為疏散仿真的數據依據，這很明顯有失科學依據。

【發明內容】

[0005]本發明的目的之一是提供一種基于移動手機數據的實時城市應急疏散仿真方法。
[0006]為達到本發明目的，這種基于移動手機數據的實時城市應急疏散仿真方法，包括如下步驟:
[0007]I)利用GIS地圖信息子系統獲取GIS地圖信息，其中GIS地圖信息包括城市地理要素和要素間關系信息；
[0008]2)利用人員實時分布挖掘子系統通過移動手機數據結合GIS地圖信息子系統獲取的信息計算人員實時分布信息；
[0009]3)確定災害類型、級別和受災地理位置后，利用受災區域判斷子系統劃定疏散點做為所有人的疏散終點；
[0010]4)疏散仿真子系統:根據以上獲取的GIS地圖信息、人員實時分布信息和災害區域判斷信息，計算人員疏散路徑和全體人員疏散方案。
[0011]優選地，還包括疏散方案生成與發布子系統，用于將疏散仿真子系統計算的結果生成最佳的疏散方案并發布。
[0012]優選地，還包括三維渲染子系統，用于將生成的最佳方案渲染成三維模型。
[0013]優選地，所述地理要素包括道路、建筑、山地、湖泊、河流；要素間關系信息是將所有道路交接處視為一個點，所有道路都是相鄰兩點的連線。
[0014]優選地，所述每條道路根據負載能力給定一個權值，形成拓撲路徑圖。
[0015]優選地，所述人員實時分布挖掘子系統獲取人員實時分布信息為:按生活、工作作息時間將一天分為多個時間段，統計在某個時間段內在相應區域內人員使用手機的時間、位置以及相應的手機號，以若干天為一個周期將該相同時間段的數據進行疊加，得到某個時間段人員的實時分布信息。進一步地，所述周期為七天。
[0016]優選地，所述受災區域判斷子系統根據受災地理位置及相應區域GIS中的等高線來初步判定實際受災區域，然后再選取其中面積最大的幾個非受災區域作為安全疏散點。
[0017]優選地，所述疏散仿真子系統將獲得的人員實時分布信息按區域人員結構將模擬為每個人員都有相應的年齡、心理狀態。
[0018]本發明的另一個目的是，提供一種基于移動手機數據的實時城市應急疏散仿真系統，包括以下子系統:
[0019]GIS地圖信息子系統:用于獲取GIS地圖信息，包括城市地理要素和要素間關系信息；
[0020]人員實時分布挖掘子系統:通過移動手機數據結合GIS地圖信息子系統獲取的信息計算人員實時分布信息；
[0021]受災區域判斷子系統:確定災害類型、級別和受災地理位置后，劃定疏散點做為所有人的疏散終點；
[0022]疏散仿真子系統:根據以上獲取的GIS地圖信息、人員實時分布信息和災害區域判斷信息，計算人員疏散路徑和全體人員疏散方案。
[0023]優選地，還包括疏散方案生成與發布子系統，用于將疏散仿真子系統計算的結果生成最佳的疏散方案并發布。
[0024]優選地，還包括三維渲染子系統，用于將生成的最佳方案渲染成三維模型。
[0025]優選地，所述地理要素包括道路、建筑、山地、湖泊、河流；要素間關系信息是將所有道路交接處視為一個點，所有道路都是相鄰兩點的連線。
[0026]優選地，所述每條道路根據負載能力給定一個權值，形成拓撲路徑圖。
[0027]優選地，所述人員實時分布挖掘子系統獲取人員實時分布信息為:按生活、工作作息時間將一天分為多個時間段，統計在某個時間段內在相應區域內人員使用手機的時間、位置以及相應的手機號，以若干天為一個周期將該相同時間段的數據進行疊加，得到某個時間段人員的實時分布信息。進一步地，所述周期為七天。
[0028]優選地，所述受災區域判斷子系統根據受災地理位置及相應區域GIS中的等高線來初步判定實際受災區域，然后再選取其中面積最大的幾個非受災區域作為安全疏散點。
[0029]優選地，所述疏散仿真子系統將獲得的人員實時分布信息按區域人員結構將模擬為每個人員都有相應的年齡、心理狀態。
[0030]有益效果:本發明通過手機通信數據挖掘方法，得出城市各區域的人口動態分布點。將此種方法與城市疏散仿真相結合，得到疏散發生前整個城市的人口狀態，這種數據挖掘方法得到的數據更為準確、可靠，而且模擬操作成本低，可操作性強，可以多次模擬并加以驗證，以期獲得與真實數據最接近的結果。從根本上保證了城市疏散仿真結果的科學性、準確性，并為之后的疏散方案決策提供有效依據。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明疏散仿真系統原理圖。
[0032]圖2是本發明人員實時分布挖掘子系統工作原理圖。
[0033]圖3是本發明受災區域判斷子系統工作原理圖。
[0034]圖4是本發明疏散仿真子系統工作原理圖。
[0035]圖5是本發明疏散方案生成與發布子系統工作原理圖。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合附圖用實施例對本發明實時城市應急疏散仿真方法及系統進一步說明。
[0037]現如今手機的占有率已經達到較高水平，據此可以大膽引入手機通信位置數據解決人口統計數據的問題。雖然尚無法精準判斷每一個人的具體位置，但是通過對手機通信位置數據的概率統計以及位置變化趨勢特點研究，將能得出在不同時段人口的分布特點。
[0038]現有應急疏散仿真系統大都基于Al (人工智能Artificial Intelligence)。這種方法的優勢是可以最大限度模擬單個人員的一些特性(如，年齡、性格、性別等，因為這些因素將會影響人員的疏散速度及正確判斷出口的能力)。
[0039]拓撲路徑規劃:是假定所有的道路交接處都是一個點，所有點通過線(實際中的道路)連接起來，所有的線連成一個拓撲網絡結構。在給Agent (智能體,即疏散對象)設定起點與終點后，通過數學方法(A*、動態分配等)計算Agent的具體路徑，使Agent沿著給定路線運動，最終到達安全的疏散終點。重復此步驟，直到所有Agent路徑都計算完畢。
[0040]在疏散過程中，采取Al的方法，根據Agent的個體行為及特性，例如年齡、性別、身體、心理狀況等因素，確定單個智能體的疏散速度及可視范圍，這些特性最終將通過影響人(智能體)等方式來影響仿真疏散的過程。以期達到最逼真的仿真效果。
[0041]在Agent從一個道路節點到達另外一個道路節點的過程中，由于周圍環境(靜態及動態障礙物)變化，例如人員擁堵、建筑物阻擋等情況，將導致智能體采取不同措施，如降低速度，改變方向等。
[0042]本系統將基于以上基本流程展開。它主要是在某些關鍵部位進一步細化和優化，以期達到更好的效果。
[0043]如圖1所示，本發明基于移動手機數據的實時城市應急疏散仿真方法，包括如下步驟:
[0044]I)利用 GIS (地理信息系統，Geographic Informat1n System 的簡稱，能在 GIS軟件上顯示的地圖數據，是在計算機系統支持下，能夠進行自由交互操作的矢量地圖)地圖信息子系統獲取GIS地圖信息，其中信息包括城市地理要素和要素間關系信息，如道路(街道)、建筑、山地、湖泊、河流等；將地圖中的所有道路(街道)交接處視為一個點，所有道路都是相鄰兩點的連線。
[0045]2)利用人員實時分布挖掘子系統通過移動手機數據結合GIS地圖信息子系統獲取的信息計算人員實時分布信息；其中移動手機數據主要是某個區域內人們使用手機的時間、地理位置(該數據通過離手機最近的基站位置及wifi網絡來獲取，精確度可以達到十米左右)以及相應的手機號碼。這里將手機號碼作為ID來區別不同的人，并由此進行分析，根據他們的使用情況來挖掘他們的生活規律信息。
[0046]具體而言，如圖2所示，先將所有的手機通信數據，即手機號碼及使用時的GPS位置等數據進行有效性初步處理之后，將所有的數據按照一周的時間進行疊加(也可以用一個月做為一個周期)，從而得出一周內人群的出行規律。例如一個城市內人們周末最喜歡的出行地點，以及出行的比例等數據；然后將數據按照工作日和休息日劃分后，再按照每天的生活、工作時間段進行劃分，并在每個時間段上進行數據疊加。其中每天將分為晚上休息時間、娛樂時間和工作時間三個區段，得出同一地區不同時段人們的出行規律。也據此規律，劃分不同區域類型。例如，晚上的時候人們可能在睡覺，這個時候住宅區的人較多，所以晚上人較多的應該是住宅區。白天的時候人們可能在上班，那么寫字樓區的人口較多，那么該區域就是寫字樓區。如果是傍晚的休息時間或者周末，娛樂區或者住宅區人口則會較多；接著，找出人們的出行規律之后，對典型區域統計數據進行分析，由此判斷該區域的類型，是住宅區還是商業區等等，并把區域類型這個數據同每一個